| 研究課題/領域番号 |
17K05649
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
水田 元太 北海道大学, 地球環境科学研究院, 助教 (30301948)
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| 研究分担者 |
中野 英之 気象庁気象研究所, 海洋・地球化学研究部, 主任研究官 (60370334)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 西岸境界流 / 再循環 / 東西縞構造 |
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| 研究実績の概要 |
黒潮や湾流に代表される西岸境界流は再循環とよばれる流れを伴う。Rhines and Young (1982)は擾乱による渦位一様化によって再循環のしくみを説明しようとしたのに対し、ロスビー波の渦位輸送によって再循環が形成されるという説も近年再認識されているが（Haidvogel and Rhines 1983他）、依然としてそのしくみは明らかにされていない。2017年度の研究では西岸境界流中の渦擾乱の効果を単純化して与えた概念モデルにおいてロスビー波が再循環を駆動することを示したが、2018年度は実際の黒潮等と同じ東向きのジェット流でも同様のメカニズムによって再循環が形成されるかを調べた。渦エンストロフィーの解析によってジェットの傾圧不安定によって生じた擾乱からロスビー波が励起されること、その時ロスビー波による北向き渦位輸送が再循環の形成に寄与していることが示された。Holland and Rhines (1980)などの従来の研究では、左記に述べられた北向き渦位輸送は平均流によるエンストロフィー移流によって説明されて来た。しかし本研究では渦エンストロフィーを周波数成分に分けることで、むしろロスビー波の励起によるものが無視できないことが示された。これらの結果は前年度の概念モデルの結果と整合的で、ロスビー波によって再循環が駆動されるという説を支持する。
西岸境界流は風応力によって駆動される大規模風成循環の一部であり、再循環の東端でジェットの幅は急激に広がりスベルドラップ内部領域流に接続する。この様な風成循環全体を理想化した数値実験を行った所、風応力の東西分布によって再循環の強さ、緯度が変化することが示された。このことは西岸境界流が東西方向に積分した風応力によって決まるという単純な線形理論では説明できない。同時に内部領域に生じる東西縞状の循環構造も変化することが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
西岸境界流の領域では風成循環が渦によって散逸される領域に相当する。またその過程で再循環や東西縞状構造が形成されるが、そのしくみはこれまで十分理解されていない。本研究では西岸境界流ジェットに伴う再循環の形成メカニズムおよび再循環の東端でジェットが広がり内部領域流へと接続するメカニズムの2つ明らかにすることによって風成循環全体のしくみを完結した形で理解することを大局的な目標としている。2018年度までの研究によりロスビー波が再循環の形成に大きな役割を果たすことが強く支持する結果を得ることが出来た。また風応力の東西分布とジェット、再循環、東西縞構造が連動して対応していることが数値的に示された。これらの結果は再循環の形成と内部領域流との接続メカニズムの理解に大きく寄与する。また今後さらに解析を進めてゆくことで、再循環やジェット内の渦活動が風成循環の散逸に果たす役割を明らかにできることが期待出来る。よって本研究はこれまでの所順調に進捗していると判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究からロスビー波が再循環の形成に寄与することが示されたので、今後は続流ジェットからロスビー波の発生するしくみをより明らかにする。また理想化した数値実験によって得られた風応力に対する渦、再循環、東西縞構造の依存性についてより詳細な解析を行い、その背後にある力学過程について理解を進める。
2018年度の解析からジェットの傾圧不安定によって生じた擾乱がロスビー波を励起することが数値実験の解析により示されたが、その力学的なメカニズムはまだ十分明らかではない。特にジェット中の擾乱は東進するにもかかわらず、そこからなぜ西進するロスビー波が生じるのかは従来から大きな謎とされて来た。一方、再循環中で渦位が一様化することはよく知られた現象である。Rhines and Young (1982)の従来の説明ではロスビー波による北向き渦位輸送は考慮されていないので渦位が一様化する理由は十分には説明できない。それではなぜ渦位は一様化するのか？これらについて数値実験のさらなる解析や新たな数値実験、理論的考察により研究を進めてゆく。
風応力に対する依存性については再循環の強さや渦運動エネルギーなど様々な要因が影響し合うことでそのような現象が見られることが示唆される。それらについてより定量的な解析や追加の数値実験を行うことによって、どの様な要因がどのように絡み合っているのか、それによって示唆される風成循環に内在する力学について調べてゆく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初計画では北海道大学情報基盤センターの大型計算機を用いて数値実験を行うことを計画し、その使用料を計上していたが、過去に行った数値実験の解析を行う過程で予想以上に興味深い結果が得られたためそちらの解析を優先して行った。また2018年度は上記の大型計算機は更新作業が行われため長期使用することができなかった。このため予算に次年度繰越額が生じた。これについては2019年度以降に行う新たな数値実験のための計算機使用料として使用を予定している。
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